Eoulu F1 SiPh— самая компактная зондовая станция для 12″ пластин, сочетающая прецизионную механику с программно-определяемой архитектурой, благодаря которой конфигурация станции гибко настраивается под задачи пользователя. Она обеспечивает высокоточные измерения как низкоуровневых DC-параметров (сверхмалые токи, напряжения), так и высокочастотных RF сигналов, а также оптических характеристик фотонных интегральных схем — всё на одной платформе. Ключевые преимущества включают рекордную скорость позиционирования (до 0,5 с на чип), патентованные технологии (Zero Error C0, Virtual Ruler) для работы с неровными пластинами и кристаллами у кромки, программный пакет Future и широкий температурный диапазон (-60°C…+300°C) при наличии опции термосистемы. Предусмотрена полуавтоматическая и полностью автоматическая конфигурация исполнения, позволяющая адаптировать F1 для любых задач — от лабораторных исследований до массового производства микроэлектроники. Интеллектуальные алгоритмы автоматизации обеспечивают быстрый поиск контактных площадок и точное касание зондов, а также автоматическую калибровку и очистку игл, поддерживая стабильность измерений в длительных сериях.


Ключевые особенности и премущества

✔ Компактность и лёгкий вес: F1 — самая компактная зондовая станция для пластин до 300 мм; ширина ~1 м, масса ~500 кг. Компактный дизайн снижает требования к пространству и грузоподъёмности пола чистого помещения.

✔ Универсальность применения: архитектура F1 позволяет проводить как низкоуровневые DC-измерения (сверхмалые токи утечки и напряжения), так и RF-измерения в СВЧ-диапазоне на одной платформе. Станция легко перенастраивается под разные типы испытаний (DC, RF, Load Pull, SiPh и др.).

✔ Патентованные технологии: встроенные алгоритмы Zero Error (C0) и Virtual Ruler (VR) компенсируют неровности поверхности пластин и устраняют ошибки зондирования на неидеально плоских подложках. Система динамического и статического картирования позволяет за рекордное время сформировать карту кристаллов.

✔ Автоматизация оптических измерений (SiPh): Специализированная конфигурация F1 для кремниевой фотоники оснащается двусторонней системой юстировки оптоволокон (сдвоенный модуль Fiber Alignment) для ввода и вывода оптического сигнала. Каждая юстировочная головка имеет 6 степеней свободы грубой установки (X, Y, Z, θX, θY, θZ) на базе высокоточного Hexapod-манипулятора и пьезоприводы для сверхтонкой доводки по осям X/Y/Z. Предусмотрены держатели одномодовых (SMF) и поляризационно-удерживающих (PMF) волокон для ввода света как вертикально (под углом 8−20°) в grating-структуры, так и горизонтально в торец кристалла. Алгоритм scan&align выполняет автоматическое сканирование и оптимизацию по сигналу, обеспечивая быструю (< 1 с) юстировку даже при многомодовых волокнах или массиве волокон. Программный модуль AutoCal калибрует оптические оси и компенсирует смещение волокон одним нажатием (типичное время полной автокалибровки ≤ 5 минут). В результате станция позволяет тестировать фотонные устройства во всех возможных конфигурациях сигналов: оптика-оптика, оптика-электрика, электро-оптика и электро-электрика (O-O, O-E, E-O, E-E), что охватывает лазеры, модуляторы, фотодиоды и любые интегрированные SiPh-компоненты.

✔ Широкий температурный диапазон: опциональный термостолик (chuck) поддерживает режимы от -60 °C до +300 °C (с системами воздушного или жидкостного охлаждения). Это позволяет проводить как низкотемпературные, так и высокотемпературные тесты на одной установке.

✔ Прецизионная механика: встроенная мехатронная система позиционирования обладает точностью перемещений по осям X/Y до 0,05 мкм и по оси Z до 1 мкм. Стабильность позиционирования обеспечивает высокую воспроизводимость контактов на микроразмерных площадках.

✔ Экранирование и низкий уровень помех: F1 оснащена светозащитным кожухом (подавление внешнего света > 150 дБ) и экранированием от электромагнитных помех (≥ 20 дБ в диапазоне 0,5−20 ГГц). Малошумящие источники питания и заземление обеспечивают ультранизкий уровень фоновых наводок: спектральная плотность шумов не хуже -150 дБ (В)/√Гц до 1 МГц, суммарный шум ≤ 15 мВ пик-пик до 1 ГГц. Такая защита позволяет измерять даже суб-фемтоамперные токи и работать с сигналами высокой частоты без потери точности.

✔ Поддержка крайних кристаллов (Edge Die): Станция обеспечивает точное позиционирование зондов на кристаллах у кромки пластины, что устраняет «мёртвые зоны» по периферии пластины и гарантирует покрытие 100% кристаллов при картировании.

✔ Интеграция в производство: программное обеспечение F1 поддерживает подключение к MES-системам (Manufacturing Execution System) для отслеживания производственных процессов и полной трассируемости результатов по каждому пластине и кристаллу.



Столик с вакуумным прижимом (chuck)

F1 SiPh оснащается триаксиальным вакуумным столиком диаметром, рассчитанным на пластины до 300 мм. Триаксиальное исполнение обеспечивает сверхнизкие токи утечки при измерении малых сигналов: утечка через стандартный столик не превышает ~2,3×10^-13 А (0,23 пА) при 20−25 °C. Опционально доступен столик с улучшенной изоляцией, снижающий утечки до ~6,5×10^-14 А (0,065 пА) и уровень шума до ~1,6×10^-14 А (0,016 пА), что критически важно для высокочувствительных измерений токов фотодиодов и утечки транзисторов.
Столик поддерживает подключение термосистемы для работы при экстремальных температурах. Вакуумная система прижима разделена на несколько сегментов, благодаря чему обеспечивается надёжная фиксация подложек разного размера. Центральная зона вакуума предназначена для удержания мелких образцов и осколков пластин; вакуум в разных секциях можно регулировать отдельно. Это особенно удобно при работе с индивидуальными чипами фотонных устройств вне состава полной пластины.
Кроме основного, на платформе предусмотрены два AUX-столика (дополнительных держателя). В SiPh-конфигурации один из AUX-столиков может использоваться для калибровки оптического тракта: на нём размещаются калибровочные мишени и эталонные структуры, по которым система AutoCal выполняет юстировку волокон как для одиночного волокна, так и для волоконных массивов. Второй AUX-столик может служить для размещения дополнительных образцов или калибровочных структур. Также доступен опциональный держатель чипов (Chip Holder) для удобной фиксации отдельных кристаллов различных размеров на столике. Конструкция держателя гибко настраивается под габариты образца, обеспечивая надёжное крепление и совмещение с координатами станции.

Микроскоп

Станция оснащается высокоточным оптическим микроскопом для визуализации контактных площадок и наведения зондов. Микроскоп установлен на моторизованном мосту с диапазоном перемещений X/Y: 50 мм и Z: 90 мм, обеспечивая гибкое позиционирование над любой точкой пластины. Точность перемещения микроскопа составляет ±2 мкм, а максимальная скорость — 60 мм/с по осям X/Y и до 120 мм/с по оси Z, что позволяет оперативно переходить между областями измерений.
Оптические характеристики: стандартная оптическая система обеспечивает фиксированное увеличение порядка 225x (типовое поле зрения ~3,2 x 2,4 мм) при большом рабочем расстоянии (не менее 50 мм). Это дает разрешение порядка 3 мкм для обзора всей области контакта кристалла. Для задач, требующих высочайшего разрешения, доступна конфигурация микроскопа с сменными объективами (5x, 10x, 20x, 50x, 100x) и другими ПЗС-камерами. В высокоразрешающей конфигурации можно достичь увеличения до 500−2000x и оптического разрешения лучше 1,5 мкм. Следует учитывать, что при переходе на объективы с большим увеличением рабочее расстояние сокращается. Стандартный же микроскоп F1 имеет фиксированную оптику без смены увеличения, что упрощает его использование и не требует перенастройки.

Механика и перемещения

Платформа перемещения пластин: Зондовая станция Eoulu F1 оснащена высокоточными линейными приводами по осям X и Y с диапазоном перемещений 301 мм, что обеспечивает совместимость с пластинами диаметром до 12 дюймов (300 мм). Ось поворота θ обеспечивает угловое выравнивание в диапазоне ±5°, что необходимо для коррекции ориентации пластины. Вертикальный ход столика по оси Z составляет не менее 10 мм, позволяя выполнять подъём и опускание держателя при установке пластин и обеспечении контакта с зондами. Максимальная скорость перемещений по X/Y достигает 150 мм/с, что существенно снижает время перехода между измеряемыми структурами.

Точность и повторяемость: Система замкнутого позиционирования с высокоразрешающими линейными датчиками обеспечивает исключительную точность: погрешность позиционирования не более 0,05 мкм по осям X/Y и до 1 мкм по оси Z. Угловое позиционирование имеет точность порядка ±0,003°, что позволяет точно совмещать пластину относительно координатной системы зондов. Высокая стабильность фиксации позиции гарантирует отсутствие дрейфа и смещения во время измерения: типовое отклонение закрепления по XY менее 0,04 мкм. Станция спроектирована с учётом компенсации вибраций и неравномерностей — при включении функций C0 и VR система автоматически отслеживает геометрию пластины и подстраивает высоту столика под изгибы до 100 µm перепада высоты поверхности. Это полностью решает проблему неточного касания зондов на криволинейных пластинах.

Скорость картирования: Eoulu F1 SiPh использует динамический режим картирования, в процессе перемещения между структурами на пластине микроскоп автоматически фокусируется на поверхности, определяя локальные перепады высот и формируя динамическую карту отклонений. Это позволяет системе автоматически подстраивать высоту касания для каждого чипа, даже при наличии деформаций или отклонений пластины по координатам X/Y.

Такая адаптивная система обеспечивает стабильность контактирования без необходимости полной остановки над каждой тестовой структурой. Несмотря на дополнительный этап визуального анализа, режим сохраняет высокую скорость позиционирования — среднее время перехода между DUT составляет менее 1 секунды, при оптимальных условиях достигает 0,5 с.
По сравнению с традиционными методами, реализуемыми через статическое картирование, динамическое картирование обеспечивает более высокую точность при сопоставимой или лучшей производительности, что особенно критично при тестировании чувствительных фотонных структур.

Высокоточная юстировка оптических волокон: F1 SiPh оснащается модулем автоматизированного ввода/вывода оптического сигнала — двухсторонней системой юстировки волокон. Она включает две противоположно расположенные прецизионные волоконные головки (для ввода и вывода света с обеих сторон чипа либо для одновременного подключения двух волокон к одному чипу). Каждая волоконная головка представляет собой шестикоординатный микропозиционер (Гексапод): моторизованные шпиндельные оси осуществляют грубое наведение по X, Y, Z и угловым наклонам (θX, θY, θZ) с диапазоном перемещений порядка ±6−16 мм линейно и ±10° углово. На грубых осях установлены энкодеры, обеспечивающие минимальный шаг порядка 0,1 мкм. Для сверхточного совмещения оптики каждая головка дополнительно оснащена пьезоприводами по осям X, Y, Z с ходом ~100 µm и разрешением до ~2,5 нм в замкнутом цикле. Такая конфигурация позволяет быстро и точно позиционировать оптоволокно относительно оптического окна или решетчатого волноводного перехода (grating

Алгоритмы автоматического выравнивания выполняют поиск сигнала («наведение на свет») и оптимизацию положения волокна по максимальному уровню оптической мощности. Реализован, например, спиральный скан области диаметром 100 µm менее чем за 1 с для грубого поиска максимума сопряжения. Точная доводка с помощью градиентного метода занимает доли секунды — типично ~0,3 с для достижения оптимального ввода с точностью повторения лучше 0,01 дБ после обнаружения начального сигнала. Система способна удерживать найденное положение с высокой стабильностью, компенсируя термические и механические дрейфы. Предусмотрены программные механизмы предотвращения коллизий: движение столика пластины, микроскопа и волоконных держателей синхронизировано таким образом, чтобы исключить их столкновение при перестройке конфигурации. В результате даже при полном автоматическом тестировании множества оптических структур на пластине риск повреждения оптоволокон или образцов сведён к минимуму.


Виброизоляция и экранирование

Для обеспечения требуемой точности измерений платформа F1 снабжена встроенной системой активной виброизоляции. Конструкция основания включает массивную гранитную плиту и пневматическую виброподвеску с автоматическим уровнемером. Собственные частоты колебаний системы лежат в диапазоне ~2,5−2,7 Гц по вертикали и 2,0−4,5 Гц по горизонтали, что позволяет отфильтровать подавляющую часть вибраций пола и окружающего оборудования. Система демпфирования настраивается (коэффициент демпфирования ~5−6% по горизонтали), благодаря чему гашение вибраций превышает 94−95%. Время реакции активной подвески на внешние возмущения не превышает ~1 с. Данный виброизолирующий стол соответствует классу VC-C стандарта Generic Vibration Criteria, то есть пригоден для установки особо чувствительного оборудования. Максимальная грузоподъёмность платформы — до 1600 кг, при рабочем давлении воздуха 0,3−0,5 МПа, что обеспечивает эффективность виброзащиты даже при полной комплектации станции (с термостолом, волоконными модулями, микроскопом и пр.).

Зондовая станция F1 SiPh имеет полное свето- и электроэкранирование измерительной области. Оптический кожух исключает попадание внешнего излучения: внешняя засветка ослабляется не менее чем на 150 дБ в диапазоне длин волн 200−2000 нм, благодаря чему даже самые чувствительные фотоприёмники на пластине не испытывают влияния фонового света. Электромагнитные экраны подавляют наводки извне как минимум на 20 дБ в диапазоне 0,5−20 ГГц, минимизируя шум при ВЧ-измерениях и работе с малыми токами. Благодаря продуманному экранированию и заземлению, собственный шум станции чрезвычайно мал: спектральная плотность не превышает -150 дБ (В)/√Гц вплоть до 1 МГц, а суммарный AC-шум — не более 15 мВ peak-to-peak до 1 ГГц. Это означает, что даже токи порядка 10^-15−10^-14 А и высокочастотные сигналы можно измерять без потери точности, что критично для оптоэлектронных устройств с низким выходным уровнем сигнала.


Термосистема

Для исследований при экстремальных температурах станция может быть оснащена термостоликом с замкнутой системой нагрева/охлаждения. Диапазон температуры: от -60 °C до +300 °C с гарантированной однородностью ±2 °C по поверхности столика (около ±1 °C при комнатной температуре). Точность стабилизации температуры составляет ±1 °C, дискретность задания — 0,1 °C. Доступны два типа охлаждения термосистемы — воздушное или жидкостное, выбираемые в зависимости от требуемой производительности. Максимальная мощность нагрева достигает 5,5 кВт, охлаждения — до 12,5 кВт, что обеспечивает быстрый выход на заданный режим. Например, при воздушном охлаждении переход от -60 °C к +25 °C занимает ~9 минут.
Для предотвращения конденсации влаги и сохранения юстировки оптоволокон при испытаниях фотонных устройств на низких температурах, используется специальный кожух TopHat, накрывающий область образца. Аксессуар TopHat поддерживает работу в диапазоне -40 °C…+125 °C, создавая локальный термоизолированный объем вокруг устройства и оптических вводов. В совокупности, термосистема позволяет исследовать температурные характеристики кремниефотонных компонентов в широком диапазоне, сохраняя при этом стабильность оптического сопряжения.

Программное обеспечение

Для управления станцией и обработки данных применяется фирменный программный комплекс Eoulu, включающий модули futureC и futureD.

• futureC — программное обеспечение верхнего уровня для управления измерениями и оборудованием. Оно координирует работу самой зондовой станции, оптических модулей и внешних приборов, обеспечивая полностью автоматизированный цикл тестирования пластин. В комплект futureC входит библиотека драйверов для широкого спектра измерительной аппаратуры (анализаторы цепей, источники-измерители, генераторы, оптические измерители и др.), что позволяет легко интегрировать приборы от различных производителей (Keysight, Rohde & Schwarz, Keithley, Techmize, Ceyear и т. д.).
FutureC поддерживает построение карты годности (yield map) по результатам измерений с автоматическим присвоением статуса («годен"/"не годен») каждому кристаллу на основе заданных параметров. Результаты картирования могут экспортироваться для внешних систем контроля качества или бинирования. Кроме того, станция может быть интегрирована с внешними системами лазерной или контактной маркировки, для автоматического нанесения идентификаторов на кристаллы или участки пластины, что упрощает отслеживание результатов и сортировку.
Стандартные возможности futureC охватывают всё необходимое — от интеграции приборов до базовой обработки результатов, однако при необходимости функционал можно расширять пользовательскими скриптами. Например, futureC допускает подключение собственных алгоритмов обработки через DLL-модули Matlab, что позволяет выполнять специфический анализ данных прямо по ходу измерения пластин. Такие расширения дают гибкость в реализации нестандартных методик, включая особенности оптических измерений SiPh.

• futureD — программный модуль для углубленного анализа данных и отслеживания результатов. Как правило, futureD устанавливается на сервере и собирает информацию с нескольких зондовых станций (если на предприятии их несколько) для централизованной обработки. Он обеспечивает долгосрочное хранение и управление большими массивами измерений, позволяя сопоставлять данные разных пластин, партий и временных периодов. С futureD реализуется полная трассируемость — каждое измерение привязывается к конкретному изделию и партии, что удобно для контроля качества и статистического анализа. Данный модуль предоставляет инструменты визуализации (тренды, гистограммы, карты), поиск по базе данных результатов, а также расширенные математические обработки, выходящие за рамки возможностей futureC. Хотя простые вычисления (например, определение порогового напряжения Vth из вольт-амперной характеристики) доступны и в futureC, полный пост-аналитический функционал (сводные отчёты, сравнение партий, выявление дрейфа параметров) предполагает использование futureD. В производственных условиях с парком станций futureD становится незаменимым инструментом для мониторинга в реальном времени и обратной связи по процессу.

Совместная работа futureC (на станции) и futureD (на сервере) образует замкнутый цикл обработки — от автоматического измерения пластин до сбора Big Data и аналитики трендов. Пользователь получает не просто набор разрозненных результатов, а целостную систему контроля, интегрированную в инфраструктуру предприятия. Такое решение особенно актуально для развёртывания кремниево-фотонных устройств в массовом производстве, где требуется строгий учёт параметров каждого чипа и статистическая надёжность данных.